粒流运动1(概述与重力沉降).pdf

1 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 第三章 颗粒与流体之间的相对运动 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 概述 均相物系 非均相物系 non homogeneous system 分散物质 分散相 分散介质 连续相 分离非均相物系的目的 保护环境 净化分散介质 收集分散物质 非均相物系中包含着分散物质而处 于连续状态的物质 非均相物系中处于分散状态的物质 物系内部有隔开两相的界面存在而界面两侧 的物料性质截然不同者 物系内部各处物料均匀而不存在相界面者 PDF created with pdfFactory trial version 2 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 分离非均相物系的方法 主要讨论前两种分离方法 机械方法机械方法 3 依据两相电性质的差异 在电场力的作用下进行 分离 高压电场分离 2 依据两相对固体多孔介质透过性的差异 在重力 压力差或离心力的作用下 流体透过介质而分散 的固体颗粒受到阻挡被分离出来 过滤 1 依据连续相和分散相的密度差异 在重力场或离 心力场中进行分离 沉降 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 第一节 颗粒及颗粒床层的特性 一 颗粒的特性 p s S S 1 球形颗粒 6 3 d V 体积 2 dS 表面积 dV S a 6 比表面积 2 非球形颗粒 s 1 球形度 1 s s 1 s 对非球形颗粒总有 愈小 颗粒形状与圆球 的差异愈大 当颗粒为球形颗粒时 PDF created with pdfFactory trial version 3 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 2 颗粒的当量直径 以筛分分析方法测定颗粒群的粒度分布 1 颗粒群的粒度分布 3 颗粒群 esp p dV S a 6 3 比表面积 esa dd 二者关系 a da 6 等比表面积当量直径 3 6 pe Vd 等体积当量直径 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 泰勒标准筛的筛号 每英寸边长的孔数 2 1 ii pi dd d pi i p d x d 1 psd a 6 床层体积 床层体积 颗粒体积 1 床层的空隙率 二 颗粒床层的特性 3 颗粒群的比表面积 2 颗粒群的平均直径 PDF created with pdfFactory trial version 4 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 2 床层的的自由截面积 床层体积 颗粒表面积 b a 1 aab dd a s b b 1 66 a deb 1 4 4 流道长度 流道长度 润湿周边 流通截面 4 床层的当量直径 用颗粒的堆积密度估算 与颗粒比表面积的关系 b a 3 床层的比表面积 床层截面上未被颗粒占据的流体可自由通过的 面积 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 5 流体通过固定床的压降 3 22 1 5 ua L p f 康采尼 康采尼 Kozeny 方程 方程 2 1 Re 1 s gdFb 3 6 浮力 gdF sg 3 6 重力 沉降颗粒的受力情况 d du mmaFFF dbg d du d u dgd ss 3 2 23 624 6 根据牛顿第二定律 即 2 4 3 u d g d du ss s 所以 2 2 u AFd 阻力 24 2 2 u d PDF created with pdfFactory trial version 6 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 3 沉降的两个运动阶段 0 增大到某一值时 当时 当 d du u d du u 沉降有加速沉降和匀速沉降两个阶段 起初为加 速阶段 而后为匀速阶段 对小颗粒 沉降的加速阶段 较短可忽略 当作只有匀速阶段 此时颗粒开始作匀速运动 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 4 沉降速度 2 4 3 0 u d g d du u ss s 即 此时阻力很大时当 t u 此时的速度 即匀速阶段的速度 称为沉降速度或终 端速度 terminal velocity 用表示 3 4 s t gd u 即 ts t u ud 2 1 颗粒大 t u从计算式可看出 PDF created with pdfFactory trial version 7 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 二 阻力系数 t t du ff Re t Re 实验研究表明 阻力系数可以表示为颗粒与流体 相对运动时的雷诺数的函数 即 t Re 24 6 0 Re 5 18 t 44 0 1Re10 4 t 层流区 p211图3 2 三个区域 斯托克斯定律区斯托克斯定律区 10Re1 3 t 过渡区 艾仑定律区艾仑定律区 102Re10 53 t 湍流区 牛顿定律区牛顿定律区 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 三 沉降速度的计算 p215 216 例3 1 试差法试差法 t u t t du Re t Re 先假定沉降处于某个区域 用相应的公式求 出后 再代入来验算 若不符合 再用其它区域的公式计算 并用 复验 直到符合为止 摩擦数群法摩擦数群法 避免试差的方法 p214 215 PDF created with pdfFactory trial version 8 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 各沉降区域的沉降速度的计算公式 层流区 斯托克斯公式 过渡区 艾仑公式 湍流区 牛顿公式 18 2 s t gd u 6 0 Re 27 0 t s t gd u gd u s t 74 1 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 四 影响沉降速度的因素 当颗粒体积分数小于0 2 时 沉降速度计算偏差在 1 以内 当体积分数较高时 由于颗粒间相互作用明 显 便发生干扰沉降 s d t u d s 1 2 t u 层流区与过渡区 气液 50 t u因为 所以颗粒在液体中的比 在气体中的小得多 3 干扰沉降 hindered settling PDF created with pdfFactory trial version 9 Xiamen UniversityDepartment of Chemical and Biochemical Engineering 4 器壁效应 wall effect D d u u t t 1 21 ts u在相同条件下 五 重力沉降设备 Gravity settling tanks p216 222 t u 对非球形颗粒 求时公式中颗粒的直径d用当量直 径de来代替 5 颗粒形状的影响 在斯托克斯定律区时 用下式修正 使沉降速度小于自由沉降时的速度 分级器 沉降槽 降尘室 此部分内容自学 作业 p280 1 3 Xiamen